基于51单片机的室内甲醛测试系统

甲醛是一种具有刺激性气味的无色气体，也是一种潜在的致癌物质，对人体健康有较大的危害。单片机具有通用性强、体积小、价格低、稳定可靠等优点,在智能产品、测控系统等领域得到了广泛的应用。本文设计的测试仪可在现场直接显示甲醛浓度值。当其浓度值小于国家规定的标准值(可按键修改)时绿灯亮，可以入住，当超过规定的室内居住标准值时红灯亮，开始报警提醒人们暂时不要入住。
　　
硬件设计

基于单片机的室内甲醛测试仪由单片机系统、显示电路、功能键盘、甲醛传感器、测量电路及3位半双积分ADC和报警输出电路构成。系统结构如图1所示。

测量电路

测量电路由CH20/S-10甲醛传感器，I/U(电流/电压)转换器RCV420和5G14433 ADC等组成。

甲醛传感器由甲醛探头和CH20传感器组成。当空气被内部的采样系统吸收后，产生一个与甲醛浓度成正比的电流，该电流经过甲醛模块的信号调理，经I/U转换器RCV420转换成0~5V的电压，该电压经过5G14433，与8051单片机相连，在显示器上显示出甲醛的浓度值，当超过国家规定的标准时报警。
RCV420 精密I/U转换器能将4mA~20mA的环路电流转换成0~5V的电压输出。作为一种单片集成电路具有可靠的性能和很低的成本。除具有精密运放和电阻网络外，还集成有10V基准电压源。在不需要外部调整的情况下，可以获得86dB的共模抑制比和40V的共模电压输入。在全量程范围内输入阻抗仅有1.5V的压降，对于环路电流具有很好的转换能力。

5G14433

5G14433是国产的双积分3位半ADC，它具有抗干扰性能好、转换精度高(相当于11位二进制数)、自动校零、自动极性输出、自动量程控制信号输出、动态字位扫描BCD码输出、单基准电压、外接元件少，以及价格低廉等特点。但其转换速度慢，约1次/秒~10次/秒，适用于不要求高速转换的场合。

功能键盘

键盘设置为３×３阵列键盘,有功能选择键、报警确认键、回车(数值确认)键、数值键等。

LCD显示单元

LCD显示单元选用OCM4×16字符点阵液晶显示模块,主要由LCD显示器、控制器、驱动器和偏压产生电路组成,用于显示当前被测温度值、电流输出值、温度报警设定值、P设定值、TI设定值、TD设定值、偏差量和报警状态等信息。
　　
软件设计

软件采用模块化设计。全部软件由主程序、键盘处理子程序、数据采集子程序、报警程序组成。主程序是控制和管理的核心。系统上电后进行初始化和中断处理操作。初始化主要完成对报警值的设定和初次检查，同时断开各电器的电源。初始化完成后，系统开始正常运转。进行甲醛浓度检测和报警等操作，主程序流程如图2所示。

为了提高测量精度，本文采用中值滤波法，就是对参数连续采样N次(一般N为奇数),然后把N次采样值按递增或递减顺序排序,再取中间值作为本次采样值。中值滤波对于去掉偶然因素引起的波动或采样不稳定产生的误差比较有效,在N次采样中只要有一次是正确的,即可提高精度。
　　
结语

本文对利用单片机实现室内甲醛浓度测量进行了描述和分析，所实现的甲醛浓度测量系统具有比较全面的功能。■
　　
参考文献：
1. 崔九思主编.《室内空气污染监测方法》[M].第１版．北京:化学工业出版社,2002/03/05
2. 王延年.基于单片机的铂电阻高精度温度测控系统:电子测量技术[J],2006/08
3. 李华主编.《MCS-51系列单片机实用接口技术》[M].第一版.北京:航空航天大学出版社,1993/08